摘 要

高空作业平台是用来运送人员、工具和材料到指定位置进行工作的设备。随着我国国民经济的快速发展，高空作业车也由于多样的功能性更多地走入人们的视野。由于高空作业的特殊性，高空作业车的安全性和结构优化就显得尤其重要。在研究的过程中，应充分考虑设计产品的实用性，安全性和稳定性。

本文主要以15米的剪叉式高空作业车为研究对象，根据剪叉式工作平台的特点，利用CATIA软件，完成对15米剪叉式高空作业车的三维建模设计。在结构合理，参数合格的基础上，首先设计出剪叉式结构的关键零部件，然后对这些零部件进行装配，使其达到要求的工作高度。当三维建模完成后，再利用HYPERMESH软件对所设计的模型进行刚度和强度分析，在有限元的分析基础上检验设计出来的产品刚度和强度是否符合设计要求，然后根据需要，选择是否要对设计的产品再进行优化设计。

通过对所设计的剪叉结构的三维建模和后续的刚度强度分析，呈现出一个合理可靠的剪叉式高空作业车的初步模型。这些研究工作可以为实际生产中的剪叉式高空作业平台的设计提供一定的理论支持，为实际生产提供一定的设计基础和参考价值。

关键词：高空作业车；剪叉式结构；三维建模；有限元分析

Abstract

The aerial work platform is a device which is used to carry personnel, tools and materials to work in a specific location. With the rapid development of China's national economy, aerial work platform also comes into the people's vision because of its multiple functions. Due to the particularity of aerial work, the safety and structural optimization of aerial work platform are particularly important. During our product research, we should fully consider the design of its practicality, security and stability.

In this paper, we mainly devoted into the research of the 15 meters scissor-type aerial work platform. According to the characteristics of scissor-type working platform, we completed the three-dimensional modeling design of 15-meter scissor-type aerial work platform with CATIA. First we designed the key components of the scissor structure based on reasonable structural theory and qualified parameters，then we got these parts assembled in order to reach the height of the 15 meters scissor-type aerial vehicles .After the 3D modeling completed, we aimed at analyzing the rigidity and strength of the 3D model with HYPERMESH. Finally we tested the designed product to prove whether it is meeting the requirements on the basis of the analysis of the finite element. Then we optimized the design of the product based on practical needs.

In this paper, we showed a reasonable and reliable scissor-type aerial work vehicle preliminary model according to the design of the scissor-type aerial vehicles 3D model and the strength analysis. This research can provide some theoretical support for the design of scissor-type aerial work platform in actual production, and provide some design basis and reference value for actual production.

Key Words：Aerial work platform; Scissor structure; 3D modeling; Finite element analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外高空作业车发展现状 2

1.3 课题主要研究内容 3

第2章 剪叉式高空作业车设计总体目标 4

2.1 高空作业车组成与设计指标 4

2.1.1 总体设计目标 4

2.1.2 剪叉式高空作业车的组成 4

2.2 高空作业车设计重点 5

2.3 技术路线设计 5

2.4 参考标准及规范 5

2.5 本章小结 6

第3章 剪叉式高空作业车结构设计 7

3.1 剪叉式高空作业车工作原理 7

3.2 关键零部件设计 7

3.2.1 底盘车架设计 7

3.2.2 剪叉结构设计 8

3.2.3 工作平台设计 9

3.3 液压缸的选型 10

3.4 整车三维模型 11

3.5 本章小结 11

第4章 剪叉机械结构静力学分析及优化设计 13

4.1 危险工况以及危险零部件的确定 13

4.2 特定工况静力学分析 13

4.3 优化方案 15

4.4 本章小结 15

第5章 总结与展望 16

5.1 本文总结 16

5.2 工作展望 16

参考文献 17

致 谢 18

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

高空作业平台通过升降机构完成在高空进行作业的设备。它由三大部分组成：稳定的底盘、升降机构以及提供平稳工作环境的工作平台，其中高空作业车是高空作业平台的一种。它的特点是底盘为特定的车辆，可以控制工作平台移动^[1]。高空作业车是一种专用的工程机械，它利用独特的升降机构，将人员或工具运送至高空指定位置，然后进行作业。这种登高作业方式，比传统的登高作业更为先进，也更有保障，安全性大幅提升。它的应用也说明了经济建设的繁荣程度，从某些方面能反映国民经济的发展程度^[2]。

当前，高空作业系列产品在特定的领域已占有不可取代的地位。首先是在航空航天的行业中，由于工作环境的特殊性，高空作业系列产品应运而生。发射架动辄几十米甚至上百米，材料的运送，零件的装配等等都急需高空作业系列产品。再比如高大的雷达安装，以及高架天线的架设，这些以传统登高作业的方式来说无疑是一个难题。但使用高空作业系列产品后问题即能迎刃而解。又比如当今的摩天大楼，高层的建筑维修和消防工作也让高空作业系列产品占有不可忽视的一席之地。在经济建设的生产实践中，高空作业系列产品已受到相关用户的欢迎，服务领域正在不断扩大，许许多多的地方都有它的身影。高空作业系列产品可以在国防军工方面有所建树，像飞机维修，航天火箭发射架搭设，也可以应用于民用方面，像园林修剪、高层摄影、高层建筑的装饰与维护等等。目前看来，提及高空作业，那么高空作业系列产品将会是最优选择。正因如此，越来越多的高空系列产品将会步入人们的视野，并为人们提供便利^[3]。

剪叉式高空作业车是高空作业系列产品常见的一种形式。它的结构简单，用途广泛，可靠性高。它的剪叉机械结构，决定了其升降台起升具有非常高的稳定性，相对于其他的高空作业车而言，它宽大的作业平台和较高的承载能力，能够提供较为广阔的工作空间。它使高空作业效率更高，安全更有保障。剪叉式高空作业车较为灵活方便，广泛应用于各行各业的经济建设中。它的优点是显而易见的。从结构上来说，剪叉式高空作业车由工作平台，剪叉机械机构和车载底盘组成。在工程作业过程中，工作平台上的控制台可以同时控制工作平台的升降以及车载底盘的移动，使平台内的工作人员的工作环境更为稳定。剪叉式高空作业车具备载人高空作业，向高空运送材料等多项用途，而且有应用领域广，登高作业效率高，工作平台平稳，减少高空作业事故等优点。因此此次的设计选题为15米剪叉式高空作业车。